DE3617524A1 - Vorrichtung zur automatischen druckentlastung von temperaturgefaehrdeten behaeltern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen Druckentlastung von temperatur­ gefährdeten Behältern, bei denen ein Absperr­ organ zur Druckentlastung des Behälters bei Eintritt einer vorgegebenen Temperatur vorgesehen ist.

Derartige Druckbehälter mit ggf. inneren Wärme­ quellen sollen dann, wenn die Behältertemperatur den vorgegebenen Wert erreicht hat, druckentlastet werden. Dieser Fall kann beispielsweise eintreten, wenn die vorhandene automatische Kühlung ausfällt.

Solche Behälter findet man z.B. bei kleinen Hochtemperaturreaktoren. Diese Reaktoren haben Stahldruckbehälter, die bei Betriebsdruck nicht über 400°C aufgeheizt werden dürfen. Kleine Hochtemperaturreaktoren sind so konstruiert, daß die durch den Zerfall der radioaktiven Spaltprodukte entstehende Nachwärmeleistung bei Ausfall der Zwangskühlung über die Behälter­ oberfläche an den Behälter umgebende Flächen­ kühler abgegeben wird, ohne daß zulässige Tem­ peraturen im Innern des Behälters oder in der Behälterwand überschritten werden. Nur bei Ausfall der redundanten Flächenkühler steigt die Behältertemperatur über 400°C an. Ein solcher Fall ist zwar sehr unwahrscheinlich, stellt aber den einzigen Mechanismus dar, der die Integrität des Reaktordruckbehälters gefährden könnte.

Üblicherweise wird der Druckbehälter von einem oder mehreren im Ansprechdruck gestaffelten Sicherheitsventilen nur vor zu hohem Druck geschützt. Zum Stand der Technik gehören Sicher­ heitsventile, die sich über einen Antrieb gegen die Schließkraft öffnen lassen. Nachteilig bei diesen Ventilen ist, daß Steuerungsfehler zu einem unbeabsichtigten Öffnen des Primär­ kreislaufs führen können. Außerdem ist man beim Öffnen auf Hilfsenergie angewiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Druckentlastung von Behältern der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mittels der der Behälter bei Überschreiten der zulässigen Tempe­ ratur automatisch und mit hoher Zuverlässigkeit über die Absperrorgane geöffnet wird, ohne daß zusätzliche Hilfsenergie benötigt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei Konstruktionselemente, von denen sich zumindest eines im Temperaturbereich des Behälters befindet, je einen Fixpunkt aufweist, der gegenüber dem Fixpunkt des jeweils anderen Elementes unverschiebbar angeordnet ist und daß im vorgegebenen Abstand von den Fixpunkten befindliche Punkte der Elemente über eine, die Relativverschiebung dieser Punkte aufnehmende Zwischenmechanik oder direkt mit der Mechanik des Absperrorgans in Verbindung stehen und daß die vorgegebenen Abstände zwischen den Fixpunkten und den Punkten so gewählt und ggf. die Zwischenmechanik so ausgelegt sind, daß bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur die Relativbewegung der Punkte auf die Mechanik des Absperrorgans übertragen und dieses betätigt wird.

Befindet sich nur eines der beiden Konstruktions­ elemente im Temperaturbereich des Behälters, so ist es nicht erforderlich, daß die Konstruk­ tionselemente aus Werkstoffen unterschiedlicher Wärmeausdehnung bestehen. Aber auch in diesem Fall kann es zweckmäßig sein, daß die Werkstoffe unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. In jedem Fall wird die unterschiedliche Wärmeausdehnung der beiden Konstruktionselemente zur Betätigung des Absperrorgans genutzt.

Eine Ausführungsart der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Konstruktions­ elemente aus im wesentlichen gleich langen Körpern bestehen. Im einfachsten Fall ist der eine Körper ein Rohr und der andere eine Stange, die im Rohr frei beweglich geführt wird, wobei beide an einem Ende (an den Fixpunkten) mitein­ ander verbunden sind. Behälter und Stange bestehen aus Werkstoffen unterschiedlicher Wärmeausdehnung und sind so angeordnet, daß beide über die Behälterwand auf die gleiche Temperatur aufgeheizt werden. Steigt die Temperatur der beiden Körper, so verschieben sich die anderen beiden Körperenden (die beweglichen Punkte der beiden Konstruk­ tionselemente) relativ zueinander. Diese Ver­ schiebung wird auf den Stößel eines Sicherheits­ ventils übertragen, wenn sie ein bestimmtes Maß übersteigt und darüber hinaus das Sicher­ heitsventil öffnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsart der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Druckbehälter selbst eines der Konstruk­ tionselemente ist. Der Behälter kann beispielsweise ein aufrecht stehender langer Stahlzylinder sein, der an seinem unteren Ende (am Fixpunkt) gelagert ist. Demzufolge verschiebt sich der obere Teil des Behälters bei Aufheizung des Behälters nach oben. Ein anderes, längs neben dem Behälter angeordnetes Konstruktionselement, beispielsweise auch eine daneben stehende Wand, kann das andere Konstruktionselement sein. Die Fixpunkte von Behälter und Wand sind die jeweiligen Auflagepunkte bzw. Flächen auf der Auflage (Boden). Die beweglichen Punkte können der Behälterabschluß und ein Punkt entsprechender Höhe der Wand sein, die über eine die Relativ­ bewegung der Punkte aufnehmende Hebelmechanik miteinander verbunden sind. Übersteigt die Relativbewegung ein bestimmtes Maß, so wird über den Hebelmechanismus beispielsweise ein federbelastetes Sicherheitsventil geöffnet.

Die Relativbewegung der beweglichen Punkte der Konstruktionselemente kann selbstverständlich auch zur Öffnung anderer Absperrorgane verwendet werden. Naheliegende Beispiele sind: das Durch­ stoßen einer Platzmembrane oder das Öffnen einer Rückschlagklappe gegen den anstehenden Behälterdruck.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch ihre völlig autonome Funktion aus. Es ist weder eine Steuerung noch eine Hilfsenergie erforderlich, da die zu überwachende Behälter­ temperatur über die Wärmedehnung des Behälters selbst oder über wärmetechnisch an den Behälter angekoppelte Expansionskörper unmittelbar zur Durchführung der notwendigen Schutzaktion verwen­ det wird. Dies garantiert eine hohe Zuverlässig­ keit im Anforderungsfall. Da die Vorrichtung in Verbindung mit einem ohnehin vorhandenen Sicherheitsventil verwendet wird und der Mechanismus außer durch Temperaturüberschreitung des Behälters nicht wirksam werden kann, wird die Wahrschein­ lichkeit für ein zufälliges Öffnen des Behälters praktisch nicht erhöht. Eine Überwachung der Funktionsbereitschaft während des Betriebes wie bei einem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb ist nicht erforderlich. Der technische Aufwand als ganzes und die damit verbundenen Kosten sind außerordentlich gering, obwohl ein beträchtliches Maß an zusätzlicher Sicherheit erreicht wird.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 eine aus Behälter und daneben ange­ ordneter Wand mit Zwischenmechanik bestehende Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine aus Rohr und darin beweglich angeordnetem Stab bewegliche Vor­ richtung gemäß der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist der senkrecht stehende zylindrische Stahldruck­ behälter 1 selbst eines der Konstruktionselemente, das andere Element ist Wand 2. Die Fixpunkte der beiden Elemente sind die jeweiligen Auflage­ punkte bzw. Strichflächen 3 auf dem Boden. Die beweglichen Punkte sind die Punkte 4 und 5 von Behälter bzw. Wand, an denen die aus den Teilen 6-9 bestehende Zwischenmechanik angebracht ist. Hebel 6 ist dabei mit einem vertikalen Spiel am beweglichen Punkt 4 des Behälters 1 angelenkt, und das vertikale Spiel (bedingt durch Öse 10) ist so ausgebildet, daß der Anlenkpunkt des Hebels 6 erst oberhalb einer bestimmten Wärmedehnung des sich nach oben ausdehnenden Behälters bewegt wird. Das andere Ende des Hebels ist durch die Betonwand 2 und den Kragbalken 7 in vertikaler Richtung fixiert. Der Gelenkhebel 8 verhindert eine horizontale Fixierung des Behälters und stellt dadurch sicher, daß der Mechanismus im Erdbeben­ fall nicht belastet wird.

Das federbelastete Sicherheitsventil 11 wird ebenfalls durch die Wand 2 fixiert. Das hat zur Folge, daß der Ventilstößel 12 des Sicher­ heitsventils 11 über das Gelenkteil 9 angehoben wird, sobald die Wärmedehnung des Behälters das am Behälter angelenkte Ende des Hebels 6 nach oben verschiebt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsart der Vorrichtung, bei der die Konstruktionselemente aus im wesent­ lichen gleich langen Körpern mit unterschied­ licher Wärmedehnung bestehen, nämlich aus einem äußeren Rohr 1 a und einer innengeführten Stange 2 a, die an ihren unteren Enden den Fixpunkten durch die Verschraubung 3 a fest miteinander verbunden sind. Die beweglichen Punkte der Vorrichtung sind einerseits das obere Ende 4 a des Rohres und das obere Ende 5 a der Stange 2 a. Die Werkstof­ fe von Rohr und Stange sind so gewählt, daß das Rohr einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten aufweist als die Stange. Das bedeutet, daß bei Erwärmung der beiden Körper der mit dem oberen Ende der Stange 2 a verbundene Greifer 13 tiefer in die mit dem Rohr verbundene Hülse hineingezogen wird. Ab einer bestimmten Tiefe erfaßt der Greifer 13 die Mutter 15 des Ventil­ stößels 12 und öffnet damit das Sicherheits­ ventil 11.

Die Vorrichtung ist in dem Spalt zwischen dem zu schützenden Behälter 1 und den auf der Innen­ oberfläche der Wand 2 befindlichen Flächen­ kühlern 13 angeordnet. Eine ausreichende Wärme­ ankopplung an den Behälter ist dadurch gegeben. Dies liegt daran, daß sich im Spalt bei Ausfall der Flächenkühler annähernd die Temperatur der Behälterwand einstellt. Der Temperatur­ anstieg in der Behälterwand geht außerdem so langsam vonstatten, daß die Wärmedehnungs­ körper dieser Temperaturentwicklung ohne großen Temperaturunterschied folgen können.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur automatischen Druckentlastung von temperaturgefährdeten Behältern, bei denen ein Absperrorgan zur Druckentlastung des Behälters bei Eintritt einer vorgegebenen Temperatur vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Konstruktionselemente (1, 2 bzw. 1 a, 2 a), von denen sich zumindest eines im Tempe­ raturbereich des Behälters (1) befindet, je einen Fixpunkt (3 bzw. 3 a) aufweist, der gegenüber dem Fixpunkt des jeweils anderen Elementes unverschiebbar angeordnet ist und daß im vor­ gegebenen Abstand von den Fixpunkten befindliche Punkte der Elemente über eine, die Relativver­ schiebung dieser Punkte aufnehmende Zwischen­ mechanik (6-9 bzw. 13-15) oder direkt mit der Mechanik des Absperrorgans (11) in Verbin­ dung stehen und daß die vorgegebenen Abstände zwischen den Fixpunkten (3 bzw. 3 a) und den Punkten (4, 5 bzw. 4 a, 5 a) so gewählt und ggf. die Zwischenmechanik so ausgelegt sind, daß bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur die Relativbewegung der Punkte (4, 5 bzw. 4 a, 5 a) auf die Mechanik (12) des Absperrorgans übertragen und dieses betätigt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Konstruktionselemente (1, 2 bzw. 1 a, 2 a) aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung bestehen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstruktionselemente aus im wesentlichen gleich langen Körpern (1 a, 2 a) bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Körper aus einem Rohr (1 a) und der andere Körper aus einer im Rohr frei be­ weglichen Stange (2 a) bestehen, wobei beide Körper an einem ihrer Enden (Fixpunkte 3 a) miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Konstruktionselemente der Behälter (1) selbst ist.